Anne Schmitz, Daniel Freedman

تعمل الطباعة ثلاثية الأبعاد على تغيير الرعاية الطبية، مما يسمح لمجال الرعاية الصحية بالتحول من الحلول المنتجة بكميات كبيرة إلى العلاجات المخصصة المصممة خصيصاً لتلبية احتياجات كل مريض. على سبيل المثال، يقوم الباحثون بتطوير أيدٍ اصطناعية مطبوعة ثلاثية الأبعاد مصممة خصيصاً للأطفال، ومصنوعة من مواد خفيفة الوزن وأنظمة تحكم قابلة للتكيف.

توضح هذه التطورات المستمرة في الأطراف الاصطناعية المطبوعة ثلاثية الأبعاد قدرتها المتزايدة على تحمل التكاليف وإمكانية الوصول إليها. تسلط قصص النجاح مثل هذه القصة في الأطراف الاصطناعية المخصصة الضوء على فوائد الطباعة ثلاثية الأبعاد، حيث يتم نقل نموذج لكائن تم إنتاجه باستخدام برنامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر إلى طابعة ثلاثية الأبعاد ويتم بناؤه طبقة تلو الأخرى.

نحن مهندس طبي حيوي وكيميائي نعمل في مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد. ندرس كيف توفر هذه التقنية سريعة التطور خيارات جديدة ليس فقط للأطراف الاصطناعية ولكن أيضاً للزرعات والتخطيط الجراحي وتصنيع الأدوية واحتياجات الرعاية الصحية الأخرى. أدت قدرة الطباعة ثلاثية الأبعاد على صنع أشياء ذات شكل دقيق في مجموعة واسعة من المواد إلى، على سبيل المثال، مفاصل بديلة مخصصة وحبوب متعددة الأدوية بجرعات مخصصة.

أجزاء أفضل للجسم

بدأت الطباعة ثلاثية الأبعاد في الرعاية الصحية في الثمانينيات عندما استخدم العلماء تقنيات مثل الطباعة الحجرية المجسمة لإنشاء نماذج أولية طبقة تلو الأخرى. تستخدم الطباعة الحجرية المجسمة شعاع ليزر يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر لتصلب مادة سائلة في أشكال ثلاثية الأبعاد محددة. سرعان ما رأى المجال الطبي إمكانات هذه التقنية في إنشاء غرسات وأطراف اصطناعية مصممة خصيصاً لكل مريض.

كان أحد التطبيقات الأولى هو إنشاء سقالات الأنسجة، وهي هياكل تدعم نمو الخلايا. قام باحثون في مستشفى بوسطن للأطفال بدمج هذه السقالات مع خلايا المرضى الخاصة لبناء مثانات بديلة. ظل المرضى يتمتعون بصحة جيدة لسنوات بعد تلقي غرساتهم، مما يدل على أن الهياكل المطبوعة ثلاثية الأبعاد يمكن أن تصبح أجزاء متينة من الجسم.

مع تقدم التكنولوجيا، تحول التركيز إلى الطباعة الحيوية، التي تستخدم الخلايا الحية لإنشاء هياكل تشريحية عاملة. في عام 2013، أنشأت شركة Organovo أول نسيج كبد مطبوع حيوياً ثلاثي الأبعاد في العالم، مما فتح إمكانيات مثيرة لإنشاء أعضاء وأنسجة للزرع. ولكن على الرغم من إحراز تقدم كبير في الطباعة الحيوية، إلا أن إنشاء أعضاء كاملة وعاملة مثل الأكباد للزرع لا يزال تجريبياً. يركز البحث الحالي على تطوير أنسجة أصغر وأبسط وتحسين تقنيات الطباعة الحيوية لتحسين بقاء الخلايا ووظائفها. تهدف هذه الجهود إلى سد الفجوة بين النجاح المختبري والتطبيق السريري، بهدف نهائي هو توفير بدائل أعضاء قابلة للحياة للمرضى المحتاجين.

لقد أحدثت الطباعة ثلاثية الأبعاد بالفعل ثورة في إنشاء الأطراف الاصطناعية. فهي تسمح لصانعي الأطراف الاصطناعية بإنتاج أجهزة مخصصة بأسعار معقولة تناسب المريض تماماً. يمكنهم تصميم الأيدي والأطراف الاصطناعية لكل فرد واستبدالها بسهولة مع نمو الطفل.

توفر الغرسات المطبوعة ثلاثية الأبعاد، مثل استبدال مفصل الورك وغرسات العمود الفقري، ملاءمة أكثر دقة، مما يمكن أن يحسن مدى تكاملها مع الجسم. غالباً ما تأتي الغرسات التقليدية بأشكال وأحجام قياسية فقط.

تلقى بعض المرضى غرسات تيتانيوم مخصصة للوجه بعد الحوادث. تم استبدال أجزاء من جماجم آخرين بغرسات مطبوعة ثلاثية الأبعاد.

بالإضافة إلى ذلك، تحقق الطباعة ثلاثية الأبعاد خطوات كبيرة في طب الأسنان. تستخدم شركات مثل Invisalign الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء مقومات أسنان مخصصة لتصحيح الأسنان، مما يدل على القدرة على تخصيص العناية بالأسنان.

يستكشف العلماء أيضاً مواد جديدة للطباعة ثلاثية الأبعاد، مثل الزجاج الحيوي ذاتي الشفاء الذي قد يحل محل الغضروف التالف. علاوة على ذلك، يقوم الباحثون بتطوير الطباعة رباعية الأبعاد، التي تخلق أشياء يمكن أن تغير شكلها بمرور الوقت، مما قد يؤدي إلى أجهزة طبية يمكن أن تتكيف مع احتياجات الجسم.

على سبيل المثال، يعمل الباحثون على دعامات مطبوعة ثلاثية الأبعاد يمكن أن تستجيب للتغيرات في تدفق الدم. تم تصميم هذه الدعامات للتمدد أو الانكماش حسب الحاجة، مما يقلل من خطر الانسداد ويحسن نتائج المرضى على المدى الطويل.

محاكاة العمليات الجراحية

غالباً ما تساعد النماذج التشريحية المطبوعة ثلاثية الأبعاد الجراحين على فهم الحالات المعقدة وتحسين نتائج العمليات الجراحية. تسمح هذه النماذج، التي تم إنشاؤها من الصور الطبية مثل الأشعة السينية والتصوير المقطعي المحوسب، للجراحين بممارسة الإجراءات قبل إجراء العمليات.

على سبيل المثال، يمكّن نموذج مطبوع ثلاثي الأبعاد لقلب طفل الجراحين من محاكاة العمليات الجراحية المعقدة. يمكن أن يؤدي هذا النهج إلى تقليل أوقات التشغيل وتقليل المضاعفات وخفض التكاليف.

الأدوية الشخصية

في صناعة الأدوية، يمكن لشركات تصنيع الأدوية طباعة جرعات الأدوية وأنظمة التوصيل الشخصية ثلاثية الأبعاد. تعني القدرة على وضع كل مكون من مكونات الدواء بدقة أنه يمكنهم صنع أدوية بالجرعة الدقيقة المطلوبة لكل مريض. تمت الموافقة على دواء Spritam المضاد للصرع المطبوع ثلاثي الأبعاد من قبل إدارة الغذاء والدواء في عام 2015 لتقديم جرعات عالية جداً من مكونه النشط.

تجد أنظمة إنتاج الأدوية التي تستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد منازل خارج مصانع الأدوية. يمكن تصنيع الأدوية وتسليمها من قبل صيدليات المجتمع. بدأت المستشفيات في استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لصنع الأدوية في الموقع، مما يسمح بوضع خطط علاج شخصية بناءً على عوامل مثل عمر المريض وصحته.

ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن اللوائح الخاصة بالأدوية المطبوعة ثلاثية الأبعاد لا تزال قيد التطوير. أحد المخاوف هو أن معالجة ما بعد الطباعة قد تؤثر على استقرار مكونات الدواء. من المهم أيضاً وضع مبادئ توجيهية واضحة وتحديد مكان إجراء الطباعة ثلاثية الأبعاد، سواء في الصيدليات أو المستشفيات أو حتى في المنزل. بالإضافة إلى ذلك، سيحتاج الصيادلة إلى تدريب صارم على هذه الأنظمة الجديدة.

الطباعة من أجل المستقبل

على الرغم من التقدم السريع للغاية بشكل عام في الطباعة ثلاثية الأبعاد للرعاية الصحية، لا تزال هناك تحديات وفرص كبيرة. من بينها الحاجة إلى تطوير طرق أفضل لضمان جودة وسلامة المنتجات الطبية المطبوعة ثلاثية الأبعاد. لا تزال القدرة على تحمل التكاليف وإمكانية الوصول إليها من الشواغل الهامة أيضاً. تتطلب مخاوف السلامة طويلة الأجل فيما يتعلق بمواد الزرع، مثل مشاكل التوافق الحيوي المحتملة وإطلاق الجسيمات النانوية، اختباراً وتقييماً صارمين.

في حين أن الطباعة ثلاثية الأبعاد لديها القدرة على تقليل تكاليف التصنيع، إلا أن الاستثمار الأولي في المعدات والمواد يمكن أن يكون حاجزاً أمام العديد من مقدمي الرعاية الصحية والمرضى، وخاصة في المجتمعات المحرومة. علاوة على ذلك، يمكن أن يؤدي نقص سير العمل الموحد والموظفين المدربين إلى الحد من التبني الواسع النطاق للطباعة ثلاثية الأبعاد في البيئات السريرية، مما يعيق الوصول إلى أولئك الذين يمكنهم الاستفادة منها أكثر من غيرهم.

على الجانب المشرق، من المرجح أن تثبت تقنيات الذكاء الاصطناعي التي يمكنها الاستفادة بفعالية من كميات هائلة من البيانات الطبية التفصيلية للغاية أنها حاسمة في تطوير منتجات طبية مطبوعة ثلاثية الأبعاد محسنة. على وجه التحديد، يمكن لخوارزميات الذكاء الاصطناعي تحليل البيانات الخاصة بالمريض لتحسين تصميم وتصنيع الغرسات والأطراف الاصطناعية المطبوعة ثلاثية الأبعاد. على سبيل المثال، يمكن لصانعي الغرسات استخدام تحليل الصور المدفوع بالذكاء الاصطناعي لإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد دقيقة للغاية من التصوير المقطعي المحوسب والتصوير بالرنين المغناطيسي التي يمكنهم استخدامها لتصميم غرسات مخصصة.

علاوة على ذلك، يمكن لخوارزميات التعلم الآلي التنبؤ بالأداء طويل الأجل ونقاط الفشل المحتملة للأطراف الاصطناعية المطبوعة ثلاثية الأبعاد، مما يسمح لمصممي الأطراف الاصطناعية بالتحسين لتحسين المتانة وسلامة المرضى.

تستمر الطباعة ثلاثية الأبعاد في كسر الحواجز، بما في ذلك حاجز الجسم نفسه. طور باحثون في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا تقنية تستخدم الموجات فوق الصوتية لتحويل سائل يتم حقنه في الجسم إلى هلام بأشكال ثلاثية الأبعاد. يمكن استخدام هذه الطريقة يوماً ما لتوصيل الأدوية أو استبدال الأنسجة.

بشكل عام، يتحرك المجال بسرعة نحو خطط علاج شخصية تتكيف بشكل وثيق مع الاحتياجات والتفضيلات الفريدة لكل مريض، وهو أمر أصبح ممكناً بفضل دقة ومرونة الطباعة ثلاثية الأبعاد.

إعداد: وحدة الترجمات بمركز سمت للدراسات
المصدر: THE CONVERSATION